WO1997004237A1 - Actionneur du type comprenant un verin - Google Patents

Actionneur du type comprenant un verin Download PDF

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WO1997004237A1
WO1997004237A1 PCT/FR1996/001120 FR9601120W WO9704237A1 WO 1997004237 A1 WO1997004237 A1 WO 1997004237A1 FR 9601120 W FR9601120 W FR 9601120W WO 9704237 A1 WO9704237 A1 WO 9704237A1
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pistons
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actuator
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Inventor
René LAUHLE
Original Assignee
Ksb S.A.
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F15B15/06—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement
    • F15B15/065—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement the motor being of the rack-and-pinion type

Definitions

  • Actuator of the type comprising a jack.
  • the present invention relates to an actuator of the type comprising a cylinder, with a first and a second piston cooperating with a control axis, for example for rotating the shaft of a part-turn valve device.
  • Known actuators of the type comprising a single-acting cylinder with springs to return to a preferred position • in the event that the supply to the working chamber ceases.
  • the energy accumulated in the springs compressed under the supply pressure must be sufficient to exert this movement of the pistons and cause the rotation of the control axis.
  • the springs bear against the pistons on one side and against the cylinder heads or a fixed part on the other. If dampers are provided, they are arranged in the same way, in the preferred position, the pistons are in the closest position to each other. Between the pistons is the working chamber. The supply of the working chamber with a pressurized fluid separates the pistons against the force of the springs by compressing them. In the event of a power failure main causing a drop in pressure in the working chamber, the energy accumulated in the springs pushes the pistons back to the preferred position.
  • the object of the invention is to improve the construction of an actuator of the type comprising a jack.
  • the actuator of the type comprising a cylinder according to the invention is characterized in that energy storage cartridges and / or damping elements are placed between the pistons acting on one side against the first piston and on the opposite side against the second piston.
  • the use of helical springs which cooperate with an element limiting the stroke of the springs makes it possible to prefab spring cartridges. Thanks to these spring cartridges, the mounting of the actuator becomes simple and a variety of spacing forces is obtained which is desired by the use of springs with suitable return constant while retaining the dimensions. At the same time, the element inside reduces the buckling of the springs.
  • the element inside has two elements functioning as rod and which are partially guided in a central structure.
  • the central structure is provided with a collar and the spacer springs are divided into two packages arranged on each side of the collar.
  • the element also functions as a shock absorber to combine the safety and damping functions.
  • FIG. 1 shows in axial section along the line BB in FIG. 2 a single-acting actuator
  • FIG. 2 shows in section along line AA of FIG. 1 the actuator
  • fig. 3a, 3b shows in axial section a double-acting actuator with dampers
  • FIG. 4 shows a section through a first spacer spring and an element limiting the spacing
  • fig. 5a-5d show a section of a second spacer spring and of an element limiting the spacing and different mounting phases.
  • fig. 6a-6d show a section of a third spacer spring and of an element limiting the spacing and different mounting phases.
  • a rotary actuator with fraction of a turn 1 of the type comprising a cylinder body 2 with single effect with two cylinder heads 3,4 and two pistons 5,6.
  • working chambers 7,8 intended to be connected to a pressure system to move the pistons 5,6 under the effect of a fluid under pressure in the working chambers 7.8.
  • a control axis 9 with teeth 10 is rotated by projecting parts 11,12 of the pistons 5,6.
  • the protrusions 11, 12 also have a toothing 13, 14 which meshes with the toothing 10 of the axis 9.
  • spacer springs 15,16 are placed between the pistons 5.6.
  • the spacer springs 15,16 are arranged at the edge of the pistons 5,6 and partially housed in the projecting parts 11,12.
  • adjustable stops 17.18 are provided or in the cylinder heads 3.4 or in the pistons 5.6.
  • the arrangement in the pistons 5,6 has the advantage that the length of the device is reduced in case the stops are supposed to be protected.
  • These stops 17,18 are attachable from the outside and can be adjusted as required.
  • Connections to the pressurized fluid 23 connect the working chambers with the pressure system.
  • the actuator is mounted on a part-turn valve 24 to operate the quarter-turn rotation of a valve not shown by the control axis 9 and the valve shaft 25.
  • shock absorbers 26 are attached to the pistons 5,6 by known means. To spread the pistons 5,6 the pressure in the working chamber 27 is increased above the pressure in the working chambers 7,8. The end position is adjusted by stops 17.18 placed in the pistons 5.6.
  • the pressure in the working chamber 27 is reduced by the opening 28 and the pressure in the working chambers 7,8 is increased by the opening 29.
  • the shock absorbers 26 may be of the hydraulic or other type.
  • Fig. 4 shows an element composed of two boxes 31,33.
  • the housings 31, 33 are connected by clipping around a central element 32 dividing the spacer springs 34, 35 into two packages.
  • FIGS. 5a - 5d Another embodiment of the element 19 is shown in FIGS. 5a - 5d.
  • Fig. 5a shows a cartridge in the packaging phase.
  • a first pin 50 is arranged with its end closed around a central structure called guide 51.
  • a second pin 52 oriented in a plane perpendicular to the first is arranged in the other direction around the same guide 51 so that the two pins 50,52 hang with their ends closed on the guide 51 and extend in opposite directions.
  • the pins 50, 52 overlap in the central structure 51.
  • the guide 51 has a central zone 51a from which extend two blades 51b including the pin 52 and two blades 51c, one of which is shown, including the pin 50 .
  • the central area 51a and the blades 51b, 51c guide the pins 50,52 and, at the same time, spacer springs 53,54 arranged around the element 19.
  • the spacer springs 53,54 arranged around the element 19.
  • 2550a is deformed to find the shape of the tip 50b.
  • the flattened end 50b no longer passes the openings of the washer 56, the washer is fixed and the cartridge is complete, FIG. 5d.
  • the blades 61a, 61b are connected to the ends by the parts 61d, 61e.
  • FIGS. 6b-6d The structure of the guide 61 can be better understood using FIGS. 6b-6d.
  • 61c is the part 61d connecting the blades 61b, 61c and closing the space 67.
  • the pin 60 is guided by the blade 69 from the center to the bottom of FIG. 6b. Again, there is a part 61e creating the connection with the second blade 70, shown in FIG. 6c.
  • Fig. 6c shows the symmetrical structure of the guide 61. We find the same elements as in FIG. 6b.
  • Fig. 6d shows the collar 63 and the shoulders 68a, 68b to guide the pin 60.
  • the actuator according to the invention is particularly qualified for driving a quarter-turn valve device, whether it is a butterfly valve or a ball valve.

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Abstract

La présente invention concerne un actionneur (1) du type comprenant un vérin (2), avec un premier et un second piston (5, 6) coopérant avec un axe de commande (9), notamment pour entraîner en rotation l'arbre d'un dispositif de robinetterie à fraction de tour. Habituellement les ressorts s'appuient contre le piston d'un côté et contre les culasses ou une pièce fixe de l'autre. A cause de cela tout l'arrangement est d'un relativement grand encombrement. En plus, étant donné que les ressorts sont en appui sur une pièce fixe d'un côté et sur une pièce mobile de l'autre, seulement une partie de l'énergie est récupérée. L'actionneur proposé est caractérisé en ce que des cartouches à accumulation d'énergie et/ou des éléments amortisseurs (26) sont placés entre les pistons (5, 6) en s'appuyant d'un côté contre le premier piston (5) et du côté opposé contre le second piston (6).

Description

Actionneur du type comprenant un vérin .
Domaine technique
La présente invention concerne un actionneur du type comprenant un vérin, avec un premier et un second piston coopérant avec un axe de commande, par exemple pour entraîner en rotation l'arbre d'un dispositif de robinetterie à fraction de tour.
État de la technique
On connaît des actionneurs du type comprenant un vérin à simple effet avec des ressorts pour revenir à une position • préférentielle au cas où l'alimentation de la chambre de travail cesse. L'énergie accumulée dans les ressorts comprimés sous la pression d'alimentation doit suffir pour excercer ce mouvement des pistons et entraîner la rotation de l'axe de commande.
Habituellement les ressorts s'appuient contre les pistons d'un côté et contre les culasses ou une pièce fixe de l'autre. Si des amortisseus sont prévus, ils sont arrangé de la même manière, pans la positon préférentielle, les pistons se trouvent dans la position la plus rapprochée l'un de l'autre. Entre les pistons se trouve la chambre de travail. L'alimentation de la chambre de travail avec un fluide sous pression écarte les pistons contre la force des ressorts en les comprimant. En cas de coupure de l'alimentation principale causant une baisse de pression dans la chambre de travail, l'énergie accumulée dans les ressorts repousse les pistons vers la position préférentielle.
À cause du fait que la compression des ressorts se fait entre les pistons et les culasses du vérin fixe, tout l'arrangement est d'un relativement grand encombrement. Pour fixer les culasses aux corps du vérin on doit utiliser des visses très long. En plus, car les ressorts sont en appui sur une pièce fixe d'un côté et sur une pièce mobile de l'autre, seulement une partie de l'énergie est récupérée.
Le but de l'invention est d'améliorer la construction d'un actionneur du type comprenant un vérin.
Exposé de l'invention
L' actionneur du type comprenant un vérin selon l'invention est caractérisé en ce que des cartouches à accumulation d'énergie et/ou des éléments amortisseurs sont placés entre les pistons en agissant d'un côté contre le premier piston et du côté opposé contre le second piston.
L'arrangement des cartouches et/ou des amortisseurs dans le volume habituellement mort permet d'optimiser les encombrements. En même temps, on utilise l'énergie des cartouches en action et réaction, car les cartouches sont en appui sur deux pièces mobiles.
La réalisation d'un système d'amortissement dans un vérin à double effet avec des éléments amortisseurs entre les pistons a les mêmes avantages de faible encombrement. La réalisation d'un actionneur à simple effet avec des cartouches et amortisseurs arrangés entre les pistons cumule l'aspect sécurité et amortissement dans un seul système.
L'utilisation des ressorts hélicoïdaux qui coopèrent avec un élément limitant la course des ressorts permet de préfabriquer des cartouches à ressort. Grâce à ces cartouches à ressort le montage de l'actionneur devient simple et on arrive à une variété des forces d'écartement souhaitées par l'utilisation des ressorts à constante de rappel appropriés tout en conservant les dimensions. En même temps, l'élément à l'intérieur réduit le flambage des ressorts. L'élément à 1'intérieur comporte deux éléments fonctionnant comme tige et qui sont partiellement guidés dans une structure centrale.
Pour réduire davantage le flambage la structure centrale est munie d'une collerette et les ressorts écarteurs sont divisés en deux paquets arrangés à chaque côté de la collerette.
Dans un mode de réalisation préféré l' élément fonctionne également comme amortisseur pour cumuler les fonctions de sécurité et d'amortissement.
Présentation des différentes figures
Les dessins en annexe illustrent l'invention:
La fig. 1 représente en coupe axiale selon la ligne BB de la fig. 2 un actionneur à effet simple, la fig. 2 représente en coupe selon la ligne AA de la fig. 1 l'actionneur, la fig. 3a,3b représente en coupe axiale un actionneur à effet double avec des amortisseurs, la fig. 4 représente une coupe d'un premier ressort écarteur et d'un élément limitant l'écartement, les fig. 5a-5d représentent une coupe d'un second ressort écarteur et d'un élément limitant l'écartement et diferentes phases de montage.
les fig. 6a-6d représentent une coupe d'un troisième ressort écarteur et d'un élément limitant l'écartement et diferentes phases de montage.
Modes de réalisation
En référence à la fig. 1 des dessins, on trouve un actionneur rotatif à fraction de tour 1 du type comprenant un corps de vérin 2 à simple effet avec deux culasses 3,4 et deux pistons 5,6. Entre les culasses 3,4 et les pistons 5,6 il y a des chambres de travail 7,8 destinées à être relier à un système de pression pour déplacer les pistons 5,6 sous l'effet d'un fluide sous pression dans les chambres de travail 7,8. En déplaçant simultanément les pistons 5,6 un axe de commande 9 avec denture 10 est entraîné en rotation par des parties saillantes 11,12 des pistons 5,6. Les parties saillantes 11,12 disposent également d'une denture 13,14 qui engrène avec la denture 10 de l'axe 9.
Pour écarter les pistons 5,6 d'une position avancée vers l'axe de commande 9 au cas où la pression du fluide diminuait, des ressorts ecarteurs 15,16, à titre exemplaire des cartouches à accumulation d'énergie, sont placés entre les pistons 5,6. Dans l'exemple, les ressorts ecarteurs 15,16 sont arrangés au bord des pistons 5,6 et partiellement logés dans les parties saillantes 11,12.
Pour régler la position finale des pistons écartés 5,6 des butées réglables 17,18 sont prévues ou dans les culasses 3,4 ou dans les pistons 5,6. L'arrangement dans les pistons 5,6 à l'avantage, que la longueur du dispositif est réduite au cas ou les butées sont sensés à être protégés. Ces butées 17,18 sont attaignables de l'extérieur et peuvent être réglées selon le besoin.
Le long de l'axe centrale des ressorts ecarteurs 15,16 on trouve des éléments 19 limitant l'écartement des ressorts ecarteurs 15,16, hors de l'actionneur avant la mise en place. Ces éléments 19 peuvent également fonctionner comme amortisseurs (fig. 3a,3b).
Le long de la ligne de la coupe AA de la fig. 1 est représentée dans la fig. 2 la position des ressorts ecarteurs 15,16 dans les parties saillantes 11,12. Pour préserver la surface intérieure 20 du corps de vérin 2 des dégradations possibles dues aux contacts avec les pistons 5,6 des patins de glissement 21,22 sont placées entre la surface intérieure 20 et les parties saillantes 11,12.
Des connexions au fluide sous pression 23 relient les chambres de travail avec le système de pression. L'actionneur est monté sur un robinet à fraction de tour 24 pour manoeuvrer la rotation à quart de tour d'un obturateur non représenté par l'axe de commande 9 et l'arbre de robinet 25.
Dans les fig. 3a,3b est représenté un actionneur de type comprenant un vérin à double effet. On reconnaît les mêmes pièces comme dans les fig. précédentes sauf les ressorts écarteur. Leur fonction est remplacé par une autre chambre de travail 27.
Entre les pistons 5,6 on peut arranger les éléments 19 fonctionnant comme amortisseurs 26 . Les amortisseurs 26 sont attachés aux pistons 5,6 par des moyens connus. Pour écarter les pistons 5,6 on augmente la pression dans la chambre de travail 27 audessus de la pression dans les chambres de travail 7,8. La position fin de course est réglée par des butées 17,18 placés dans les pistons 5,6.
Pour écarter les pistons 5,6, on diminue la pression dans la chambre de travail 27 par l'ouverture 28 et augmente la pression dans les chambres de travail 7,8 par l'ouverture 29. On retrouve la position représentée dans la fig. 3b, ou les chambres de travail 7,8 se sont agrandies et les amortisseurs 26 se sont enfoncés. Les amortisseurs 26 peuvent être du type hydraulique ou autre.
Pour réaliser un actionneur à simple effet on peut aussi retrouver un arrangement semblable en utilisant des ressorts à gaz au lieu des amortisseurs 26. La chambre 27 est mise à l'échappement par l'ouverture 28.
Dans les fig. 4 à 6 sont représentés différentes modes de réalisations des ressorts ecarteurs 15,16 et des éléments 19 formant une cartouche.
La fig. 4 représente un élément composé de deux boîtiers 31,33. Les boîtiers 31,33 sont reliés par clipsage autour d'un élément centrale 32 divisant les ressorts ecarteurs 34,35 en deux paquets.
Une autre réalisation de l'élément 19 est représentée dans les fig. 5a - 5d. La fig. 5a montre une cartouche dans la phase encartouchage. Une première épingle 50 est arrangée avec son bout fermé autour d'une structure centrale appelée guide 51. Une seconde épingle 52 orientée dans un plan perpendiculaire à la première est arrangée dans l'autre sens autour du même guide 51 de telle sorte, que les deux épingles 50,52 s'accrochent avec leur bout fermé au guide 51 et s'étendent dans des directions opposées. Les épingles 50,52 se chevauchent dans la structure centrale 51. Le guide 51 comporte une zone centrale 51a de laquelle s'étendent deux lames 51b incluant l'épingle 52 et deux lames 51c, dont une 5 est représentée, incluant l'épingle 50.
La zone centrale 51a et les lames 51b,51c guident les épingles 50,52 et, en même temps, des ressorts ecarteurs 53,54 arrangés autour l'élément 19. Les ressorts ecarteurs
1053,54 s'appuient contre des rondelles 55,56 fixées aux bouts libres des épingles 50,52. Après la mise en place dans la position écartée des pistons représenté dans la fig. 5b, la longueur de la cartouche a diminué en créant une précontrainte et les épingles 50,52 se sont détachées de la
15 zone centrale 51a. Dans la phase comprimée où les pistons se sont rapprochés, les bouts des épingles 50,52 ne touchent pas encore les rondelles 55,56, les spires des ressorts 53,54 ne se joignent pas encore et il reste une petite distance à faire, fig. 5c.
20
Cette distance est nécessaire pour déformer les bouts ouverts 50a,50b des épingles 50,52 pour obtenir la cartouche de la fig. 5a. Avant la déformation du bout 50a ceci passe à travers une ouverture dans la rondelle 56. Ensuite, le bout
2550a est déformé pour trouver la forme du bout 50b. Le bout 50b aplati ne passe plus les ouvertures de la rondelle 56, la rondelle est fixée et la cartouche est complète, fig. 5d.
Pour éviter le flambement des ressorts ecarteurs la fig. 6a 30 montre un élément 19 avec deux épingles 60,62 autour d'une zone centrale 61a d'un guide 61 munie d'une collerette 63. Cette collerette 63 est placé entre deux paquets de ressorts ecarteurs 64,65 de telle manière, qu'elle est toujours guidée dans le logement des parties saillantes 11,12 des pistons 355,6. Ceci permet d'assurer un faible frottement qui se δ
traduit en un bon rendement de l'actionneur. Pour augmenter la stabilité du guide 61 les lames 61a,61b sont reliées aux bouts par les parties 61d,61e.
La structure du guide 61 se comprend mieux à l'aide des fig. 6b-6d. On reconnaît la collerette 63 autour de la zone centrale 61a. Du centre vers le haut de la fig. 6b, deux lames 61b,61c s'étendent incluant un espace 67. Les lames 61b,61c ne couvrent pas toute la largeur du guide, mais laissent des épaules 68a,68b pour guider l'épingle 60 dans un premier plan. Au bout des lames 61b,61c se trouve la partie 61d reliant les lames 61b,61c et fermant l'espace 67. Dans un plan perpendiculaire, l'épingle 60 est guidée par la lame 69 du centre vers le bas de la fig. 6b. Là aussi, on trouve une partie 61e créant la liaison avec la deuxième lame 70, représentée dans la fig. 6c.
La fig. 6c montre la structure symétrique du guide 61. On retrouve les mêmes éléments que dans la fig. 6b. La fig. 6d montre la collerette 63 et les épaules 68a,68b pour guider l'épingle 60.
Application industrielle
L'actionneur selon l'invention est particulièrement qualifié pour l'entraînement d'un dispositif de robinetterie à quart de tour, qu'il soit un robinet à papillon ou à boisseau.

Claims

Revendications
1. Actionneur (l) du type comprenant un vérin (2) avec un 5 premier et un second piston (5,6) coopérant avec un axe de commande (9) , caractérisé en ce que des cartouches à accumulation d'énergie et/ou des éléments amortisseurs (26) sont placés entre les pistons (5,6) en agissant d'un côté contre le premier piston (5) et du côté opposé 10 contre le second piston (6) .
2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cartouches à accumulation d'énergie sont des ressorts hélicoidaux (15,16;53,54) coopérant avec un
15 élément (19) limitant la course arrangé à l'intérieur des ressorts, l'élément (19) comportant deux éléments (50,52;60,62) fonctionnant comme tige et partiellement guidés dans une structure centrale (51;61) .
203. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux éléments (50,52;60,62) fonctionnant comme tige se chevauchent dans la structure centrale (51;61) .
4. Actionneur selon la revendication 3, caractérisé en ce 25 que les deux éléments (50,52;60,62) fonctionnant comme tige sont des épingles orientées dans le sens opposé et perpendiculairement l'une à l'autre autour de la structure centrale (51;61).
305. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que pour fixer des rondelles (55,56) les bouts des éléments (50,52;60,62) sont déformés. 6. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 2 à
5, caractérisé en ce que la structure centrale (61) est munie d'une collerette (63) et en ce que les ressorts ecarteurs (64,65) sont divisés en deux paquets arrangés à
5 chaque côté de la collerette (63) .
7. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 2 à
6, caractérisé en ce que la structure centrale (51a;61a) comporte des lames (51b-51d;61b,61c) qui s'étendent vers
10 les rondelles (55,56) et entre lesquelles les éléments (50,52;60,62) sont guidé.
8. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cartouches à accumulation d'énergie sont des
15 ressorts hélicoidaux (34,35) coopérant avec un élément limitant la course, l'élément comportant deux boîtiers (31,33) reliés l'un à l'autre en renfermant les ressorts (34,35) .
209. Actionneur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les boîtiers (31,33) sont réliés autour d'un élément centrale (32) divisant les ressorts (34,35) en deux paquets.
2510. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que l' élément (19) fonctionne également comme amortisseur.
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